Cos'è un trasformatore di messa a terra?
Un trasformatore di messa a terra crea un punto neutro artificiale per i sistemi trifase privi di un neutro accessibile, come le reti collegate a triangolo o a stella non messe a terra a 6 kV, 10 kV, 12,47 kV, 13,8 kV, 24 kV, 33 kV o 35 kV.
Viene realizzato più comunemente con una connessione a zigzag, poiché ogni avvolgimento di fase è suddiviso in due metà avvolte su diverse colonne del nucleo.
In condizioni normali, il trasformatore assorbe solo una piccola corrente di magnetizzazione. Durante un guasto a terra monofase, tuttavia, la struttura a zigzag offre una bassa impedenza di sequenza zero, consentendo alla corrente di sequenza zero di fluire attraverso il punto neutro e permettendo alla bobina di compensazione, al resistore di messa a terra del neutro o al relè di protezione di operare correttamente.
I trasformatori di messa a terra sono tipicamente dimensionati per un funzionamento a vuoto di lunga durata e per un servizio di guasto di breve durata, come 10 s, 30 s o 60 s.
Trasformatori di messa a terra in olio rispetto ai trasformatori di messa a terra in secco
| Voce di confronto |
Trasformatore di messa a terra immerso in olio |
Trasformatore di messa a terra a secco |
| Isolamento e raffreddamento |
L'olio del trasformatore fornisce l'isolamento e il raffreddamento a circolazione d'olio |
Raffreddamento ad aria con resina epossidica, isolamento VPI o isolamento a base di Nomex |
| Sicurezza antincendio |
L'olio è combustibile; i rischi di perdite e incendi devono essere gestiti |
Senza olio, basso rischio di incendio; adatto per ambienti interni e aree ad alta densità di personale |
| Capacità di sovraccarico |
Forte sovraccarico a breve termine e stabilità termica |
Limitato dall'aumento della temperatura degli avvolgimenti; spesso richiede ventilazione o raffreddamento ad aria forzata |
| Adattabilità ambientale |
Buona resistenza a umidità, condensa e inquinamento; adatto per sottostazioni all'aperto |
Sensibile a polvere, condensa e salsedine se non trattato in modo speciale; è necessario verificare il grado di protezione IP e la classe ambientale |
| Capacità e tensione tipiche |
Adatto per potenze nominali maggiori e tensioni di sistema più elevate, comprese le applicazioni a 33 kV e 66 kV |
Più comune per potenze nominali piccole e medie; i prodotti tipici sono disponibili fino a circa 3150 kVA, con potenze nominali più elevate che dipendono dal produttore e dal metodo di raffreddamento |
| Costo iniziale |
Generalmente inferiore per la stessa potenza nominale |
Generalmente superiore a causa dell'isolamento solido e del processo di produzione |
| Manutenzione |
Richiede il controllo del livello dell'olio, l'analisi dell'olio, l'ispezione delle perdite e la manutenzione periodica |
Praticamente esente da manutenzione; richiede principalmente ispezione visiva, monitoraggio della temperatura e pulizia |
| Installazione |
Solitamente all'aperto; può richiedere una fossa di contenimento dell'olio o un bacino di raccolta |
Può essere installato all'interno, spesso vicino ai quadri elettrici o all'interno di sottostazioni prefabbricate |
| Applicazioni tipiche |
Sottostazioni all'aperto, impianti fotovoltaici/eolici, reti industriali, sistemi a 33/66 kV |
Sale quadri interne, edifici, data center, ospedali, gallerie, stazioni della metropolitana, impianti chimici |
Quando scegliere un trasformatore di messa a terra in olio?
Scegliere la versione in olio quando:
- L'installazione è all'aperto, come in una sottostazione convenzionale, un impianto fotovoltaico, un parco eolico o un quadro di distribuzione industriale.
- La tensione di sistema è relativamente alta, ad esempio 33 kV o 66 kV.
- Il trasformatore di messa a terra deve sopportare una corrente di guasto a terra di breve durata elevata o operare in condizioni di temperatura ambiente elevata.
- Il progetto è sensibile al CAPEX e dispone di personale di manutenzione qualificato.
- Si privilegiano una lunga durata, un'elevata inerzia termica e un'affidabilità comprovata in ambienti esterni.
Quando scegliere un trasformatore di messa a terra in secco?
Scegliere la versione in secco quando:
- L'apparecchiatura è installata all'interno, in uno scantinato, un edificio, una galleria, una stazione della metropolitana, un centro dati, un ospedale o uno stabilimento chimico.
- Le normative di protezione antincendio limitano o vietano le apparecchiature riempite di olio.
- I requisiti ambientali sono rigorosi e il rischio di perdite d'olio deve essere evitato.
- Il sito dispone di risorse di manutenzione limitate.
- La potenza è piccola o media, tipicamente per sistemi di distribuzione a 6 kV, 10 kV, 12.47 kV, 13.8 kV o 35 kV.
- L'unità in secco è specificata con una classe ambientale appropriata, come C2 per basse temperature, E2 per umidità/inquinamento e F1/F0 per le prestazioni antincendio.
Nota: I trasformatori di messa a terra in secco possono essere utilizzati in ambienti costieri o corrosivi, ma solo quando il sistema di isolamento, l'involucro, la linea di fuga e il trattamento anticorrosione sono specificati correttamente. Non sono automaticamente superiori alle unità in olio nelle aree con nebbia salina.
Errori comuni
- "La versione in secco è sempre più costosa."
Non necessariamente. Le unità in secco hanno solitamente un prezzo di acquisto più elevato, ma possono ridurre i lavori di ingegneria civile, i costi di protezione antincendio, i requisiti di spazio interno e il carico di lavoro di manutenzione. Per i progetti interni, il costo totale di proprietà può essere competitivo.
- "I trasformatori in olio non possono essere utilizzati all'interno."
Possono esserlo, ma di solito sono richiesti ulteriori sistemi di protezione antincendio, contenimento dell'olio, ventilazione e distanze di sicurezza. In molti progetti edilizi, la versione in secco rimane la scelta più semplice.
- "Qualsiasi trasformatore può essere utilizzato come trasformatore di messa a terra."
No. Un trasformatore di distribuzione standard non fornisce la stessa bassa impedenza di sequenza zero di un trasformatore di messa a terra a zig-zag. L'utilizzo di un trasformatore normale per collegare una bobina di compensazione dell'arco limita solitamente la capacità utilizzabile a circa il 20% della potenza nominale del trasformatore, mentre un trasformatore di messa a terra a zig-zag può utilizzare dal 90% al 100% della sua capacità per scopi di messa a terra.
Parametri chiave da specificare
Quando si prepara una scheda tecnica o una richiesta, questi parametri devono essere chiaramente definiti:
- Tensione di sistema e tensione massima per le apparecchiature, ad esempio 12 kV, 13.8 kV, 24 kV, 33 kV o 36 kV.
- Frequenza di sistema, 50 Hz o 60 Hz.
- Tipo di collegamento, tipicamente ZNyn o ZN, a seconda che sia richiesto un avvolgimento ausiliario secondario.
- Impedenza di sequenza zero, che deve essere determinata mediante studio di sistema, limitazione della corrente di guasto e coordinamento della messa a terra del neutro. I trasformatori di messa a terra a zig-zag sono progettati per una bassa impedenza di sequenza zero, ma il valore esatto deve essere specificato caso per caso.
- Corrente di guasto a terra nominale, ad esempio 200 A, 400 A, 600 A o 1200 A.
- Durata del guasto, ad esempio 10 s, 30 s o 60 s.
- Potenza nominale continua in kVA, se il trasformatore di messa a terra alimenta anche un carico ausiliario di stazione.
- Metodo di messa a terra del neutro, inclusa bobina di compensazione dell'arco, resistore di messa a terra del neutro o messa a terra diretta/reattanza.
- Livello di isolamento / BIL, secondo i requisiti IEC, IEEE o delle utility locali.
- Rapporto X/R di sistema e compito di cortocircuito, per garantire un'adeguata capacità di tenuta termica e dinamica.
- Altitudine, specialmente per installazioni superiori a 1000 m.
- Armoniche o condizioni di carico non lineare, se il trasformatore di messa a terra supporta anche un carico ausiliario.
- Grado di protezione IP dell'involucro e livello di rumore, in particolare per le installazioni interne.
- Classe ambientale, specialmente per le unità in secco: classe di temperatura, classe di umidità, classe di inquinamento e grado IP.
- Standard applicabili, come IEC 60076-6, IEC 60076-11, IEEE C57.32-2015 (inattivo-riservato a partire da marzo 2026), IEEE C62.92, GB/T 1094.6 e GB/T 10228.
Fornitore di trasformatori di messa a terra
Regole empiriche per la selezione
- Siti interni, con restrizioni antincendio, a bassa manutenzione o sensibili dal punto di vista ambientale → trasformatore di messa a terra in secco.
- Siti esterni, ad alta tensione, con elevata corrente di guasto, per impieghi gravosi o sensibili ai costi di investimento → trasformatore di messa a terra in olio.
La decisione finale non dovrebbe basarsi esclusivamente sul prezzo di acquisto. Dovrebbe considerare l'ambiente di installazione, le normative antincendio, il coordinamento dell'impedenza di sequenza zero, la durata del guasto, la capacità di manutenzione e il costo totale di proprietà.
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